原子物理和波粒二象性.ppt

第第3 3课时课时 波粒二象性波粒二象性基基 础础 回回 扣扣1.1.光光电电效效应应(1)(1)光光电电效效应应定定义义:物体在光物体在光(包括不可包括不可见见光光)的照射的照射下从表面下从表面发发射出射出电电子的子的现现象叫光象叫光电电效效应应.发发射出的射出的常称常称为为光光电电子子.(2)(2)光光电电效效应应的的规规律律:每种金属都有一个截止每种金属都有一个截止频频率（极限率（极限频频率）率）,入射入射光的光的频频率必率必须须 截止截止频频率才能率才能产产生光生光电电效效应应.电电子子等于或大于等于或大于1.光光电电子的子的 与入射光的与入射光的强强度无关度无关,只只随入射光随入射光频频率的增大而增大率的增大而增大.只要入射光只要入射光频频率高于金属的截止率高于金属的截止频频率率,照到金属照到金属表面表面时时光光电电子的子的发发射几乎是瞬射几乎是瞬时时的的,一般不超一般不超过过10-10-9s,9s,与光的与光的强强度度 关关.当入射光的当入射光的频频率大于截止率大于截止频频率率时时,光光电电流的流的强强度度与入射光的与入射光的强强度成度成 .最大初最大初动动能能无无正比正比2.2.2.光子光子说说(1)(1)光子光子说说:在普朗克提出的在普朗克提出的电电磁波的能量是不磁波的能量是不连续连续的基的基础础上上,爱爱因斯坦提出了光子因斯坦提出了光子说说,即空即空间传间传播着的播着的光是一份一份的光是一份一份的,每一份叫一个光子每一份叫一个光子,一个光子的能一个光子的能量量为为E E=h h ,其中其中h h=,为为光的光的频频率率.(2)(2)光子光子说说的重要意的重要意义义:光子光子说说能很好地解能很好地解释释光光电电效效应应.光由大量的微粒即光子构成光由大量的微粒即光子构成,光确光确实实具有具有 性性.6.63106.6310-34-34JsJs粒子粒子3.思思 路路 方方 法法(1)(1)照射光的照射光的频频率决定着是否率决定着是否发发生光生光电电效效应应及光及光电电子子的初的初动动能能.(2)(2)光光电电子是金属表面受光照射出来的子是金属表面受光照射出来的电电子子,与光子不与光子不同同.(3).(3)光光电电效效应应中的光包括不可中的光包括不可见见光光.如如:紫外紫外线线等等.(4)(4)光光电电效效应应的的实质实质:光光现现象象电现电现象象.4.题型型1 1 光光电效效应现象及其象及其规律律【例【例1 1】光光电电效效应实验应实验的装置如的装置如图图8-3-18-3-1所示所示,用弧光用弧光的灯照射的灯照射锌锌板板,验电验电器指器指针张针张开一个角度开一个角度.则则下面下面说说法中正确的是法中正确的是()图图8-3-18-3-15.A.A.用紫外用紫外线线照射照射锌锌板板,验电验电器指器指针针会会发发生偏生偏转转B.B.用用绿绿光照射光照射锌锌板板,验电验电器指器指针针会会发发生偏生偏转转C.C.锌锌板板带带的是的是负电负电荷荷D.D.使使验电验电器指器指针发针发生偏生偏转转的是正的是正电电荷荷解析解析 将擦得很亮的将擦得很亮的锌锌板与板与验电验电器器连连接接,用弧光灯照用弧光灯照射射锌锌板板(弧光灯弧光灯发发出紫外出紫外线线),),验电验电器指器指针张针张开一个角开一个角度度,说说明明锌锌板板带带了了电电,进进一步研究表明一步研究表明锌锌板板带带正正电电.这这说说明在紫外明在紫外线线的照射下的照射下,锌锌板中有一部分自由板中有一部分自由电电子从子从表面表面飞飞出来出来,锌锌板中缺少板中缺少电电子子,于是于是带带正正电电,选项选项A A、D D正确正确.绿绿光不能使光不能使锌锌板板发发生光生光电电效效应应.答案答案 ADAD6.预测预测演演练练1 1 入射光照射到某金属表面上入射光照射到某金属表面上发生光生光电效效应,若入射光的若入射光的强度减弱度减弱,而而频率保持不率保持不变,那么那么()A.A.从光照至金属表面上到从光照至金属表面上到发射出光射出光电子之子之间的的时间间 隔将明隔将明显增加增加B.B.逸出的光逸出的光电子的最大初子的最大初动能将减小能将减小C.C.单位位时间内从金属表面逸出的光内从金属表面逸出的光电子数目将减少子数目将减少D.D.有可能不有可能不发生光生光电效效应7.解析解析 光光电电效效应应瞬瞬时时(10(10-9-9 s)s)发发生生,与光与光强强无关无关,A,A错错;能能否否发发生光生光电电效效应应,只取决于入射光的只取决于入射光的频频率是否大于截率是否大于截止止频频率率,与光与光强强无关无关,D,D错错;对对于某种特定金属于某种特定金属,光光电电子子的最大初的最大初动动能只与入射光能只与入射光频频率有关率有关,入射光入射光频频率越大率越大,最大初最大初动动能越大能越大,B,B错错;光光电电子数目多少与入射光子数目多少与入射光强强度度有关有关,可理解可理解为为一个光子能打出一个一个光子能打出一个电电子子,光光强强减弱减弱,逸出的逸出的电电子数目减少子数目减少,C,C对对.答案答案 C C8.分析光分析光电效效应问题的关的关键:(1)(1)深刻理解截止深刻理解截止频率和逸出功的概念率和逸出功的概念,从能量从能量转化角度理解最大初化角度理解最大初动能能.(2)(2)必必须掌握光掌握光电效效应的的规律律:产生条件生条件:每种金每种金属都有一个截止属都有一个截止频率率,入射光的入射光的频率必率必须大于大于这个截个截止止频率率,才能才能产生光生光电效效应;光光电子的最大初子的最大初动能与能与入射光的入射光的强度无关度无关,只随入射光的只随入射光的频率增大而增大率增大而增大;光光电效效应的的产生几乎是瞬生几乎是瞬时的的,一般不超一般不超过1010-9-9 s.s.9.题型型2 2 光光电效效应方程及方程及应用用例例2 2 已知金属已知金属铯铯的极限波的极限波长为长为0.66 0.66 m,m,用用0.50 0.50 m m的光照射的光照射铯铯金属表面金属表面发发射光射光电电子的最大初子的最大初动动能能为为多多少焦耳少焦耳?铯铯金属的逸出功金属的逸出功为为多少焦耳多少焦耳?解析解析 铯铯的逸出功的逸出功为为WW0 0=将将c c=310=3108 8 m/s,m/s,h h=6.6310=6.6310-34-34 Js,Js,0 0=0.6610=0.6610-6-6 m,m,代入上式可得代入上式可得WW0 0=310=310-19-19 J J根据光根据光电电效效应应方程可知方程可知,当用波当用波长为长为=0.50=0.50 m m的的光照射金属光照射金属铯时铯时,光光电电子的最大初子的最大初动动能能为为10.E Ek k=h h -WW0 0=-=-WW0 0=6.6310=6.6310-34-34 J-310 J-310-19-19 J J=9.810=9.810-20-20 J J答案答案 9.8109.810-20-20 J 310 J 310-19-19 J J11.预测预测演演练练2 2 如如图8-3-28-3-2所示所示,当开关当开关S S断开断开时,用光子能量用光子能量为2.5 eV2.5 eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极P P,发现电发现电流表流表读读数不数不为为零零.合上合上开关开关,调节调节滑滑线变线变阻器阻器,发现发现 图图8-3-28-3-2当当电压电压表表读读数小于数小于0.60 V0.60 V时时,电电流表流表读读数仍不数仍不为为零零;当当电压电压表表读读数大于或等于数大于或等于0.60 V0.60 V时时,电电流表流表读读数数为为零零.(1)(1)求此求此时时光光电电子的最大初子的最大初动动能的大小能的大小.(2)(2)求求该该阴极材料的逸出功阴极材料的逸出功.12.解析解析 设设用光子能量用光子能量为为2.5 eV2.5 eV的光照射的光照射时时,光光电电子的最子的最大初大初动动能能为为E Ek k,阴极材料逸出功阴极材料逸出功为为WW0 0.当反向当反向电压电压达到达到U U=0.60 V=0.60 V以后以后,具有最大初具有最大初动动能的光能的光电电子也达不到阳极子也达不到阳极,因此因此eUeU=E Ek k由光由光电电效效应应方程方程:E Ek k=h h -WW0 0由以上二式由以上二式:E Ek k=0.6 eV,=0.6 eV,WW0 0=1.9 eV=1.9 eV所以此所以此时时最大初最大初动动能能为为0.6 eV,0.6 eV,该该材料的逸出功材料的逸出功为为1.9 eV.1.9 eV.答案答案 (1)0.6 eV (2)1.9 eV(1)0.6 eV (2)1.9 eV13.金属的逸出功在数金属的逸出功在数值值上等于上等于频频率率(波波长长)为为截止截止频频率率(波波长长)的光子能量的光子能量,即即WW0 0=.14.【例【例3 3】（1616分）波分）波长为长为=0.17=0.17 m m的紫外的紫外线线照射照射至金属筒上能使其至金属筒上能使其发发射光射光电电子子,光光电电子在磁感子在磁感应应强强度度为为B B的匀的匀强强磁磁场场中中,做最大半径做最大半径为为r r的匀速的匀速圆圆周运周运动时动时,已知已知r rB B=5.610=5.610-6-6 Tm,Tm,光光电电子子质质量量m m=9.110=9.110-3-31 kg,1 kg,电电荷量荷量e e=1.610=1.610-19-19 C.C.求求:(1)(1)光光电电子的最大子的最大动动能能.(2)(2)金属筒的逸出功金属筒的逸出功.题型3 光电结合问题15.解析解析 (1)(1)光光电电子做半径最大的匀速子做半径最大的匀速圆圆周运周运动时动时,它它的的动动能即是最大能即是最大动动能能.由由evBevB=得得v v=（4 4分）分）所以所以 mvmv2 2=m m()()2 2=(4(4分分)代入数据得代入数据得 mvmv2 2=4.4110=4.4110-19-19 J J(2(2分分)(2)(2)由由爱爱因斯坦光因斯坦光电电效效应应方程得方程得WW=h h -mvmv2 2=mvmv2 2(4(4分分)代入数据得代入数据得WW=7.310=7.310-19-19 J J(2(2分分)答案答案 (1)4.4110(1)4.4110-19-19 J (2)7.310 J (2)7.310-19-19 J J16.光光电电效效应现应现象中象中发发出的光出的光电电子可以在磁子可以在磁场场或或电场电场中运中运动动,这这就是物理光学与就是物理光学与电场电场磁磁场场的的结结合点合点.这类问这类问题实质题实质上上还还是是带电带电粒子在粒子在电场电场、磁、磁场场中的运中的运动问题动问题,多多为为在在电场电场中的中的类类平抛、在磁平抛、在磁场场中的匀速中的匀速圆圆周运周运动动.解决解决问题问题的关的关键键就是抓住两种运就是抓住两种运动动的特点及的特点及处处理方法理方法.17.1.1.某金属在一黄光照射下某金属在一黄光照射下,正好有正好有电电子逸出子逸出,下述下述说说法法中中,哪种是正确的哪种是正确的()A.A.增大光增大光强强,而不改而不改变变光的光的频频率率,光光电电子的最大初子的最大初动动 能将不能将不变变B.B.用一束更大用一束更大强强度的度的红红光代替黄光光代替黄光,仍能仍能发发生光生光电电 效效应应C.C.用用强强度相同的紫光代替黄光度相同的紫光代替黄光,光光电电流流强强度将不度将不变变D.D.用用强强度度较较弱的紫光代替黄光弱的紫光代替黄光,有可能不有可能不发发生光生光电电 效效应应18.解析解析 逸出的光逸出的光电电子的最大初子的最大初动动能能E Ekmkm=h h -WW,频频率不率不变变,故故E Ekmkm不不变变,A,A正确正确.红红光光频频率小于黄光率小于黄光频频率率,即小于即小于极限极限频频率率,故不能故不能发发生光生光电电效效应应,B,B错错.由于紫光由于紫光频频率大率大于黄光于黄光频频率率,即使光即使光强强减小减小,仍能仍能发发生光生光电电效效应应,因此因此D D错误错误.用用强强度相同的紫光代替黄光度相同的紫光代替黄光,使得入射光的光子使得入射光的光子数减少数减少,导导致光致光电电子数减少子数减少,形成的光形成的光电电流流强强度将减度将减少少,C,C错错.答案答案 A A19.2.2.如如图图8-3-38-3-3所示所示,使用使用强强度相同度相同的的连续连续光光谱谱中的中的红红光到紫光按光到紫光按顺顺序照射光序照射光电电管的阴极管的阴极,电电流流表均有示数表均有示数.在螺在螺线线管外管外悬悬套一套一金属金属线线圈圈,理理论论上在上在线线圈中能圈中能产产生感生感应电应电流的是流的是()A.A.用紫光照射用紫光照射时时B.B.用用红红光照射光照射时时C.C.改改变变照射光照射光颜颜色的色的过过程中程中D.D.均没有感均没有感应电应电流流图图8-3-38-3-320.解析解析 使金属使金属线线圈中圈中产产生感生感应电应电流的条件是通流的条件是通电电螺螺线线管的磁管的磁场发场发生改生改变变,即螺即螺线线管中的管中的电电流流发发生生变变化化.由于光由于光电电管形成的管形成的电电流随照射光的流随照射光的频频率率变变化而化而变变化化,而光的而光的颜颜色由色由频频率决定率决定,故故选选C.C.答案答案 C C21.3.3.在演示光在演示光电电效效应应的的实验实验中中,原来不原来不带电带电的一的一块锌块锌板板与灵敏静与灵敏静电计电计相相连连,用弧光灯照射用弧光灯照射锌锌板板时时,静静电计电计的的指指针张针张开一个角度开一个角度,如如图图8-3-48-3-4所示所示,这时这时()A.A.锌锌板板带带正正电电,指指针带负电针带负电B.B.锌锌板板带带正正电电,指指针带针带正正电电C.C.锌锌板板带负电带负电,指指针带针带正正电电D.D.锌锌板板带负电带负电,指指针带负电针带负电图图8-3-48-3-422.解析解析 锌锌板受弧光灯照射板受弧光灯照射,吸收紫外吸收紫外线线的光子的光子,发发生生光光电电效效应应,放出光放出光电电子子,中性的中性的锌锌板因失去板因失去电电子而子而带带正正电电,与与锌锌板板连连在一起的静在一起的静电计电计指指针针也也带带正正电电.答案答案 B23.4.4.用不同用不同频频率的紫率的紫外外线线分分别别照射照射钨钨和和锌锌的表面而的表面而产产生生光光电电效效应应,可得到光可得到光电电子的最大初子的最大初动动能能E Ek k随入射光随入射光频频率率 变变化的化的E Ek k 图图象象.已知已知钨钨的逸出功是的逸出功是3.28 eV,3.28 eV,锌锌的逸出功是的逸出功是3.34 eV,3.34 eV,若将二者的若将二者的图线图线画画在同一个坐在同一个坐标图标图中中,以以实线实线表示表示钨钨,虚虚线线表示表示锌锌,如如下下图图所示所示,则则正确反映正确反映这这一一过过程的程的图图象是象是()24.解析解析 由方程由方程E Ek k=h h -WW0 0可知可知,E Ek k与与 的关系的关系图图象的象的斜率斜率为为h h,不同的金属不同的金属WW0 0不同不同,但斜率相同但斜率相同,A,A正确正确.答案答案 A25.5.研究光研究光电电效效应规应规律的律的实验实验装置装置如如图图8-3-5所示所示,用用频频率率为为 的光的光照射光照射光电电管阴极管阴极K K时时,有光有光电电子子产产生生.由于光由于光电电管管K K、A A间间加的是加的是反向反向电压电压,光光电电子从阴极子从阴极K K发发射射后将向阳极后将向阳极A A做减速运做减速运动动.光光电电流流i i由由图图中中电电流流计计G G测测出出,反向反向电压电压U U由由电压电压表表V V测测出出.当当电电流流计计的示数恰好的示数恰好为为零零时时,电压电压表的示数称表的示数称为为反向反向截止截止电压电压U U0,在下列表示光在下列表示光电电效效应实验规应实验规律的律的图图象中象中,错误错误的是的是()图图8-3-526.27.解析解析 由光由光电电效效应规应规律可知律可知,光光电电流的流的强强度与光度与光强强成成正比正比,光射到金属上光射到金属上时时,光光电电子的子的发发射是瞬射是瞬时时的的,不不需要需要时间积时间积累累,故故A A、D D图图象正确象正确;从金属中打出的光从金属中打出的光电电子子,在反向在反向电压电压作用下做减速运作用下做减速运动动,随着反向随着反向电压电压的增大的增大,到达阳极的光到达阳极的光电电子数减少子数减少,故故C C图图象正确象正确;由由光光电电效效应应方程可知方程可知:h h =h h +E Ekmkm,而而eUeU0 0=E Ekmkm,所以有所以有h h =h h +eUeU0 0,由此可知由此可知,B,B图图象象错误错误.答案答案 B28.6.6.已知能使某金属已知能使某金属产产生光生光电电效效应应的截止的截止频频率率为为 ,则则()A.A.当用当用频频率率为为2 2 的的单单色光照射色光照射该该金属金属时时,一定能一定能产产 生光生光电电子子B.B.当用当用频频率率为为2 2 的的单单色光照射色光照射该该金属金属时时,所所产产生生 的光的光电电子的最大初子的最大初动动能能为为h hC.C.当照射光的当照射光的频频率率 大于大于 时时,若若 增大增大,则则逸出功逸出功 增大增大D.D.当照射光的当照射光的频频率率 大于大于 时时,若若 增大一倍增大一倍,则则光光 电电子的最大初子的最大初动动能也增大一倍能也增大一倍29.解析解析 由光由光电电效效应应方程方程h h =h h +E Ekmkm知知,当入射光当入射光频频率率为为2 2 时时,一定能一定能产产生光生光电电子子,其最大初其最大初动动能能E Ekmkm=h h -h h =2=2h h -h h =h h ,故故A A、B B正确正确,D,D错误错误;逸出功与金逸出功与金属材料有关属材料有关,与入射光与入射光频频率无关率无关,故故C C错错.答案答案 AB30.7.7.如如图图8-3-68-3-6所示所示,阴极阴极K K用极用极限波限波长长0 0=0.66=0.66 m m的金属的金属铯铯制成制成,用波用波长长=0.50=0.50 m m的的绿绿光照射阴极光照射阴极K,K,调调整两个整两个极板极板间间的的电压电压,当当A A板板电压电压比比阴极高出阴极高出2.5 V2.5 V时时,光光电电流达流达到到饱饱和和,电电流表示数流表示数为为0.64 0.64 A,A,求求:(1)(1)每秒每秒钟钟阴极阴极发发射的光射的光电电子数和光子数和光电电子子飞飞出阴极出阴极时时的最大初的最大初动动能能.(2)(2)如果把照射阴极的如果把照射阴极的绿绿光光光光强强增大增大为为原来的原来的2 2倍倍,每秒每秒钟钟阴极阴极发发射的光射的光电电子数和光子数和光电电子子飞飞出阴极的最出阴极的最大初大初动动能能.图图8-3-631.解析解析 (1)(1)光光电电流达到流达到饱饱和和时时,阴极阴极发发射的光射的光电电子全子全部到达阳极部到达阳极A,A,阴极每秒阴极每秒钟发钟发射的光射的光电电子的个数子的个数n n=4.010 =4.0101212个个根据根据爱爱因斯坦光因斯坦光电电方程方程,光光电电子的最大初子的最大初动动能能 mvmvmaxmax2 2=h h -WW0 0=6.6310=6.6310-34-343103108 8 J J=9.610=9.610-20-20J J 32.(2)(2)如果照射光的如果照射光的频频率不率不变变,光光强强加倍加倍,根据光根据光电电效效应实验规应实验规律律,阴极每秒阴极每秒钟发钟发射的光射的光电电子数子数为为n n=2=2n n=8.010=8.0101212个个光光电电子的最大初子的最大初动动能仍然是能仍然是 mvmvmaxmax2 2=9.610=9.610-20-20 J J 答案答案 (1)4.010(1)4.0101212个个 9.610 9.610-20-20J J (2)8.010 (2)8.0101212个个 9.610 9.610-20-20J J33.8.8.如如图图8-3-78-3-7是是测测定光定光电电效效应产应产生生的光的光电电子比荷的子比荷的实验实验原理原理图图,两两块块平行板相距平行板相距为为d d,放在真空容放在真空容器中器中,其中其中N N金属板受光照射金属板受光照射时时发发出沿不同方向运出沿不同方向运动动的光的光电电子子形成形成电电流流,从而引起从而引起电电流表指流表指针针的偏的偏转转,若若调节调节R R,逐逐渐渐增大极板增大极板间间的的电压电压,可可发现电发现电流逐流逐渐渐减少减少,当当电压电压表示数表示数为为U U时时,电电流恰好流恰好为为零零,切断开关切断开关,在在MNMN间间加加上垂直上垂直纸纸面的匀面的匀强强磁磁场场,逐逐渐渐增大磁感增大磁感应应强强度度,也能也能使使电电流流为为零零,当磁感当磁感应应强强度度为为B B时时,电电流恰好流恰好为为零零,由由此可算得光此可算得光电电子的比荷子的比荷 为为多大多大?图图8-3-734.解析解析 由于当由于当电压电压表示数表示数为为U U时时,电电流恰好流恰好为为零零,故光故光电电子的最大初子的最大初动动能能为为E Ek k=mvmv0 02 2=eUeU又由于切断开关又由于切断开关,在在MNMN间间加上垂直于加上垂直于纸纸面的匀面的匀强强磁磁场场,逐逐渐渐增大磁感增大磁感应应强强度度,也能使也能使电电流流为为零零,当磁感当磁感应应强强度度为为B B时时,电电流恰流恰为为零零,故当磁感故当磁感强强度度为为B B时时,最最大大动动能的能的电电子做子做圆圆周运周运动动的直径的直径刚刚好好为为两两块块平行板平行板的距离的距离d d,据向心力公式得据向心力公式得:evev0 0B B=由此可算得光由此可算得光电电子的比荷子的比荷为为答案答案返回35.